Sistema Operativo: Fundamentos, Componentes y Gestión de Memoria

El Sistema Operativo: Definición y Funciones Esenciales

El Sistema Operativo (SO) es un programa o conjunto de programas de un sistema informático que gestiona los recursos de hardware y provee servicios a los programas de aplicación, ejecutándose en modo privilegiado respecto de los restantes.

Las funciones básicas del Sistema Operativo incluyen:

• Administrar los recursos de la máquina.
• Coordinar el hardware.
• Organizar archivos y directorios en dispositivos de almacenamiento.

Componentes Clave del Sistema Operativo

El Sistema Operativo está compuesto por un conjunto de módulos de software que pueden utilizarse para gestionar las interacciones con el hardware. Estos elementos suelen incluirse en este conjunto de software:

• El núcleo (kernel), que representa las funciones básicas del sistema operativo, como la gestión de la memoria, los procesos, los archivos, las entradas/salidas principales y las funciones de comunicación.
• El intérprete de comandos (shell), que posibilita la comunicación con el sistema operativo a través de un lenguaje de control, permitiendo al usuario controlar los periféricos sin conocer las características del hardware utilizado, la gestión de las direcciones físicas, entre otras.
• El sistema de archivos (file system), que permite organizar y registrar los archivos en una estructura arbórea.

La Máquina Extendida: Interfaz y Control

La Máquina Extendida es el sistema operativo que funciona sobre el hardware como intérprete de órdenes programadas que le permiten controlar y administrar de forma autónoma y dinámica. A la vez, presenta una interfaz de usuario que facilita la comunicación e interacción con el hardware.

Administración de Recursos del Sistema Operativo

El ordenador es un conjunto de recursos para transferir, almacenar y procesar datos, así como para controlar estas funciones. El Sistema Operativo es el responsable principal de administrar estos recursos.

Jerarquía de Memoria y Almacenamiento

Los programas y datos tienen que estar en la memoria principal para poder ejecutarse o ser referenciados. Los programas y datos que no son necesarios de inmediato pueden mantenerse en el almacenamiento secundario.

El almacenamiento principal es más costoso y de menor capacidad que el secundario, pero con un acceso mucho más rápido. Los sistemas con varios niveles de almacenamiento requieren la asignación de recursos específicos para administrar el movimiento eficiente de programas y datos entre los distintos niveles.

Segmentación de Memoria

Una memoria segmentada tiene las ventajas de hacer más sencilla la administración de las estructuras de datos que crecen o se reducen. Si cada procedimiento ocupa un segmento independiente con la posición inicial cero, el enlazado independiente de los procesos compilados es mucho más sencillo.

Paginación de Memoria

El espacio de direcciones de cada proceso se divide en bloques de tamaño uniforme llamados páginas, los cuales se pueden colocar dentro de cualquier marco de página disponible en memoria. Cuando las tablas de páginas son muy grandes, se puede utilizar un esquema de paginación de varios niveles para que las páginas se paginen a sí mismas.

Memoria Virtual: Optimización del Espacio de Almacenamiento

La memoria virtual es el espacio en el disco duro que el sistema operativo utiliza cuando la memoria RAM es insuficiente (la RAM es la memoria principal para ejecutar programas y procesos). Por defecto, el sistema operativo asigna una cantidad de espacio en el disco duro para cumplir la función de memoria virtual.

Sin embargo, este espacio asignado puede resultar insuficiente si se ejecutan habitualmente varios programas pesados. Además, la configuración predeterminada suele asignar un rango dinámico de memoria virtual, lo cual no siempre es lo más recomendable. Por ello, se recomienda asignar un tamaño fijo y suficientemente amplio de memoria virtual para asegurar la ejecución fluida de todas las aplicaciones necesarias.

Otros Conceptos de Memoria y Almacenamiento

Además de los tipos de memoria mencionados, existen otros conceptos relevantes en la arquitectura de sistemas:

Memoria de Registro

Memoria Caché

Memorias Primaria y Secundaria

Buffer

Máquina Virtual

Una Máquina Virtual permite probar un sistema operativo diferente o nuevo sin instalarlo directamente en el sistema raíz, o ejecutar programas que ya no son compatibles con el sistema operativo principal de la computadora.